丹江口水库回声仪测深比测精度分析-论文.doc

丹江口水库回声仪测深比测精度分析（夏定华 李华山 马胜虎 李光辉 王荣新） 摘要: 丹江口水库是南水北调中线工程水源地，水库淤积状况备受世人关注，淤积规律研究对三峡水利枢纽等工程有重大借鉴作用。通过总结影响回声仪测深精度的仪器性能、传播介质、反射位置、反射界面等4大基本因素，认识到水库床面分强、弱、中反射面。通过对多种回声仪在重点淤积库段同步进行定点测深并结合淤积物容重、粒径分布等观测数据，对比测数据进行了统计分析。 键 词: 回声仪;测深;水下地形;勘测;泥沙;淤积;丹江口水库 : P33 文献标识码: A 1 比测目的 10a的观测研究，积累了大量基础资料和丰富的观测经验。为了保证丹江口水库泥沙淤积观测质量，同时比较不同回声仪的实用性能，长江委汉江局组织实施了丹江口水库回声仪测深比测作业，并对比测数据进行了统计分析。 丹江口水库于1967年11月下闸蓄水后，库区近40a来淤积测量分别采用不同型号的回声仪，主要型号相继为:长江56型、CH2型、CJ1801型、MS21型、S26型、南实Ⅰ型、南实Ⅱ型、南实Ⅲ型、DE-719型、SDH-13A型、SDH-13D型等。 DE-719型、SDH-13A型、CSS型、南实Ⅲ型、南实Ⅲ型。 .1 影响回声仪水库测深精度的主要因素 : 仪器性能。包括仪器发射超声波的功率、频率、发散角、仪器感应回波的灵敏度、仪器内部本身的设计与制造工艺及其稳定性等因素。 传播介质。包括水温分布、含盐度等，直接影响超声波传播速度，另外，还有水流速度的影响。 反射位置。包括测船稳定度、回声仪换能器安装的铅垂度、回声仪发散角、床面地形坡度、测船移动速度、测深信号与定位系统的同步度等。测船倾侧时船宽影响回声仪换能器入水深改正数。 反射界面。不同河床质结构层面反射声波的能力不同。 .关于水库床面回波强度的概念 3种，可分别作如下定义: 弱反射面。松软床质，如稀软淤泥、絮泥等，回波反射微弱，其表面无承重能力。 中反射面。密实床质，介于强、弱反射面之间，如半固结淤泥面，回波反射一般。 表面无承重能力的弱反射面不能视为床面，哪怕在施测时某些回声仪能够接收到它的有效回波信号，也应视作“伪信号”。强反射面、中反射面应该视为床面。如果中反射面在施测时不能够反射有效回波信号，则应采取适当方法测出其有效回波信号，使之能代表床面。中、弱反射面的划分界限较模糊，是否可以将床面定量为干容重不小于1000kN/m或承重能力定量为不小于100kg/m，待研究。 .1 比测的侧重点 .比测方法 .2.1 单点定点分级比测 5m分段下放比测板并绳测水深、仪测水深，从水面下5m开始一直至库底。仪测河底比测板后提起比测板，再仪测河底床面。 .2.多点定点分级比测 选点。在丹江口水库汉江库区常年回水段内，选定水深1～20m的比测点18点、20～45m水深比测点19点，测点分布于汉江库区中、下游。 采样。采用滚轴式采样器在比测点采取河床质沙样。 测温。垂线平均温度按0.1相对水深测，取加权平均值。 ;其次以各种回声仪对放置于床面的比测板进行水深测量两次，取其平均值;最后收起比测板，以各种回声仪直接对床面分别采用低敏、高敏各施测水深两次。 .1 水深测量精度标准 0.1m，对回声仪比测精度没有具体要求、对水下地形等高线中误差的要求是不大于2/3h。 20m以下水深不大于0.2m，20m以上水深不大于实际水深的1%。 .比测数据采集 4种型号共5部回声仪，分别为DE-719型、SDH-13A型、CSS型、南实Ⅲ型、南实Ⅲ型。两部南实Ⅲ型仪器均已老化，性能很不稳定。其中南实Ⅲ型在开始的单点定点比测时施测了4点测板、1点床面，因误差较大退出比测。南实Ⅲ型在完成第16点的比测后也因部件故障无法修复，中途退出比测。 5m分级的原则在水下5.00～38.95m间分8级进行比测。 37个比测点，分布于汉库0～汉库17号断面之间水深1.55～40.88m范围内。除CSS型回声仪无增益功能外，其它各型回声仪均分别采用高、低两种增益水平分别进行施测。 1.683g/mL、中值粒径0.017mm，最小床沙湿容重为1.242g/mL、中值粒径0.002mm。说明比测点均处于小粒径低容重淤泥库段。 .测板比测数据分析 22点外，其它仪器均比测了44点。主要统计参数包括比测水深、绝对误差、相对误差及各项数据的最大及最小值、算术平均值、平均偏离值、比测中误差。其中SDH-13A、CSS两型仪器性能良好，中误差小于0.1m。DE-719型较差，中误差最大的是南实Ⅲ型的0.51m，且两型仪器均呈系统偏小的趋势。 1～表3。 将比测数据按20m为界分为大、小水深两组。比测数据显示南实Ⅲ型系统偏小、南实Ⅲ型系统偏大，两者平均则无明显系统误差。南实Ⅲ型中误差为0.30m，较DE-719